加氫反應(yīng)器聲發(fā)射檢測(cè)與評(píng)定
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摘 要：針對(duì)石化行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備加氫反應(yīng)器運(yùn)行安全，在制造出廠和在用檢修時(shí)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)，以提高加氫反應(yīng)器的安全使用可靠性。本文給出5臺(tái)加氫反應(yīng)器的檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)檢測(cè)技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，并輔以其它檢測(cè)方法和評(píng)定，可以很好地評(píng)價(jià)加氫反應(yīng)器的安全狀況。
主題詞：聲發(fā)射（AE）；無(wú)損檢測(cè)；評(píng)定 超聲波液位計(jì) 超聲波物位計(jì) 超聲波清洗機(jī) 超聲波測(cè)厚儀 洗片機(jī)
0 引言
聲發(fā)射技術(shù)是從五十年代興起，目前已日趨成熟的一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法。國(guó)外八十年代初期就廣泛應(yīng)用于加氫反應(yīng)器和核電關(guān)鍵設(shè)備的出廠檢驗(yàn)。我國(guó)于七十年代開(kāi)始研究和應(yīng)用聲發(fā)射，通過(guò)幾十年的努力，無(wú)論從應(yīng)用的深度和廣度上都有了比較大的發(fā)展。目前它已被廣泛應(yīng)用于材料試驗(yàn)、石油化工壓力容器檢驗(yàn)、航空航天、能源、建筑、交通等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)和評(píng)價(jià)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的迅速發(fā)展，全數(shù)字化聲發(fā)射儀的出現(xiàn)，并與國(guó)際接軌，我國(guó)石化行業(yè)的加氫反應(yīng)器無(wú)論在新制造出廠或在用檢修時(shí)，用戶(hù)為了提高加氫反應(yīng)器的安全使用可靠性，紛紛增加聲發(fā)射檢測(cè)，并輔以其它無(wú)損檢測(cè)方法和評(píng)定，可以很好的評(píng)價(jià)在制和在用加氫反應(yīng)器的安全狀況。
本文所述的5臺(tái)加氫反應(yīng)器為3臺(tái)新制造出廠檢測(cè)，2臺(tái)為在用檢測(cè)。
1 加氫反應(yīng)器概況
加氫反應(yīng)器基本參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 加氫反應(yīng)器基本參數(shù)
序號(hào) 容器名稱(chēng) 容器編號(hào) 規(guī) 格 材 質(zhì) 設(shè)計(jì)壓力MPa 設(shè)計(jì)溫度℃ 備 注
1 加氫精制反應(yīng)器 R3001 Ф4200×201.5×22462 2 1/4Cr-1Mo-1/4V 15.55 445 新制，鍛焊
2 加氫裂化反應(yīng)器 R3002 Ф4560×198.5×25872 2 1/4Cr-1Mo-1/4V 15.34 445 新制，鍛焊
3 加氫反應(yīng)器 R4001 Ф3800×140.5×20062 2 1/4Cr-1Mo-1/4V 11.34 437 新制，鍛焊
4 加氫精制反應(yīng)器 R2101C Ф800×58×8950 0Cr18Ni10Ti 13.65 400 在用，板焊
5 加氫精制反應(yīng)器 R001A Ф500×42×7127 1Cr18Ni9Ti 15.12 380 在用，板焊
1-3#加氫反應(yīng)器為出廠耐壓試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行的聲發(fā)射檢測(cè)，4#、5#為在用停工全面檢驗(yàn)時(shí)，外表面發(fā)現(xiàn)表面裂紋，經(jīng)焊接返修合格，耐壓試驗(yàn)時(shí)所進(jìn)行的聲發(fā)射檢測(cè)。
2 聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)定
2.1 聲發(fā)射檢測(cè)條件
儀 器：美國(guó)PAC DISP32聲發(fā)射系統(tǒng)，頻率范圍100~400KHz；
傳感器固定方式：磁固定器或繃帶；耦 合 劑：真空脂；
檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》，
JB/T7667-95《在役壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)定方法》。
儀器參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表2。
表2 儀器參數(shù)設(shè)置
序號(hào) 容器編號(hào) 監(jiān)測(cè)及定位方式 聲速(m / s) 門(mén)檻(dB) 傳感器個(gè)數(shù) 傳感器最大間距(m) 最高試驗(yàn)壓(MPa)
1 R3001 整體監(jiān)測(cè)，柱面定位 5500 45 20 5 22.41
2 R3002 整體監(jiān)測(cè)，柱面定位 5500 45 20 6 22.13
3 R4001 整體監(jiān)測(cè)，柱面定位 5000 45 20 5.5 16.32
4 R2101C 整體監(jiān)測(cè)，柱面定位 5500 45 8 2.5 12.5
5 R001A 整體監(jiān)測(cè)，柱面定位 5500 45 8 2.5 13.3
2.2 傳感器的布置與聲發(fā)射儀器校準(zhǔn)
傳感器的布置見(jiàn)圖1a，圖1b。
圖1a R3001傳感器布置圖 圖1b R001A傳感器布置圖
聲發(fā)射儀器校準(zhǔn)
使用聲發(fā)射儀本身AST功能，判定聲發(fā)射系統(tǒng)標(biāo)定正常和各通道傳感器響應(yīng)幅度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，或采用0.5mm鉛芯折斷作為模擬源，在相應(yīng)部位給模擬信號(hào)，觀察各信號(hào)特征參數(shù)和定位精度，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的予以調(diào)整。
2.3 定位方式及加載程序
采用整體監(jiān)測(cè)柱面定位方式，新制反應(yīng)器采用潔凈水作為試壓介質(zhì)，在用反應(yīng)器因存在催化劑無(wú)法倒空，采用氮?dú)饣驓鍤庠噳?。依?jù)"容規(guī)"規(guī)定并參照J(rèn)B/T7667-95《在役壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)評(píng)定方法》，分三個(gè)臺(tái)階保壓，即80%試驗(yàn)壓力15min，試驗(yàn)壓力30min，降至80%試驗(yàn)壓力15min。加載曲線見(jiàn)圖3。
超聲波液位計(jì) 超聲波物位計(jì) 超聲波清洗機(jī) 超聲波測(cè)厚儀 洗片機(jī)
2.4 聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果與分析
2.4.1新制加氫反應(yīng)器聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果
新制造的加氫反應(yīng)器耐壓試驗(yàn)時(shí)聲發(fā)射檢測(cè)，低壓階段聲發(fā)射信號(hào)較多，高壓階段信號(hào)漸少，各保壓階段信號(hào)均較少。典型的聲發(fā)射信號(hào)定位圖譜見(jiàn)圖3、圖4。由圖3、圖4可看出，升壓階段信號(hào)很多，觀察各聲源定位信號(hào)特征參數(shù)得出，絕大多數(shù)屬噪聲信號(hào)，與低壓階段多因素引起的機(jī)械噪聲有關(guān)，且難于屏蔽，分析時(shí)只作參考。保壓階段信號(hào)較少，且幅度、計(jì)數(shù)、能量等特征參數(shù)值較低。依據(jù)JB/T7667標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度、活動(dòng)度綜合評(píng)級(jí)，均屬Ⅰ、Ⅱ類(lèi)聲源，可不需要用常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法或其它方法復(fù)驗(yàn)。
圖3 R3001 0～15.55MPa 升壓階段聲發(fā)射源定位圖
圖4 R3001 15.55 MPa保壓10min聲發(fā)射源定位圖
2.4.2 在用加氫反應(yīng)器聲發(fā)射檢測(cè)結(jié)果
4#、5#在用加氫反應(yīng)器均為洛陽(yáng)院設(shè)計(jì)，一重1993年制造的單層不銹鋼反應(yīng)器，2004年全面檢驗(yàn)時(shí)4#在上人孔焊縫外表面發(fā)現(xiàn)較深的裂紋，5#在上下封頭環(huán)縫外表面分別發(fā)現(xiàn)2處裂紋，上述裂紋均經(jīng)用戶(hù)委托有資質(zhì)的單位進(jìn)行焊接返修，經(jīng)檢測(cè)合格后進(jìn)行耐壓試驗(yàn)(氣壓)，同時(shí)進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)。典型的聲發(fā)射信號(hào)圖譜見(jiàn)圖5、圖6。由圖5、圖6可看出，升壓階段信號(hào)很多，與反應(yīng)器盛裝催化劑和加壓速率等引起的機(jī)械噪聲有關(guān)，且難于屏蔽，分析時(shí)只作參考。最高加載壓力下保壓30min，聲發(fā)射信號(hào)漸少，且幅度、計(jì)數(shù)、能量等特征參數(shù)值較低，明顯呈收斂趨勢(shì)。依據(jù)JB/T7667標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度、活動(dòng)度綜合評(píng)級(jí)，均屬Ⅰ、Ⅱ類(lèi)聲源，可不需要用常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法或其它方法復(fù)驗(yàn)。表明該反應(yīng)器在13.3MPa壓力下是穩(wěn)定的。
圖5 R001A 5.7～9.3MPa 升壓階段聲發(fā)射源定位圖
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